DE2127769A1

DE2127769A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Her stellung von Leichtmetallkolben

Info

Publication number: DE2127769A1
Application number: DE19712127769
Authority: DE
Inventors: Adolf 7107 Necksarsulm Diez
Original assignee: Karl Schmidt GmbH, 7107 Neckarsuim
Priority date: 1971-06-04
Filing date: 1971-06-04
Publication date: 1972-12-14
Also published as: FR2139928A1; GB1338348A; IT955895B

Description

KARL SCHMIDT GMBH 6 Frankfurt (Main), 2.6.1971

7107 Neckarsulm DrQ/GKp

Christian-Schmidt-Straße 8/12

Prov. Nr. 6721 KS

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Lei chtmetallkolben

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung gegossener Leichtmetallkolben, vorzugsweise Großkolben, insbesondere für Verbrennungskraftmäschinen, unter Verwendung einer auf das obere Ende des Steigrohres eines Niederdruckgießofens kolbenkronenseitig aufgesetzten einteiligen Kolbenkokille, in deren kolbenschaftseitigen Öffnung unter Bildung der Hohlform des zu gießenden Kolbens ein mehrteiliger Stahlkern eingesetzt und deren vom Steigrohr zur Hohlform führender zentraler Zulaufkanal für die Leichtraetallschmelze von einem kühlmitteldurchströmten Ringraum umgeben ist.

Heutzutage erwartet man von großen Diesel- und Gasmotoren eine Lebensdauer von mindestens 10 bis 20 Jahren. Dabei beträgt die jährliche Betriebszeit je nach Verwendungszweck 4000 bis 5000 Stunden für die Hauptmotoren auf Frachtschiffen, 5000 bis 7000 Stunden für die Motoren von Schiffshilfsmaschinen und bis zu 9000 und mehr Stunden für die Motoren in elektrischen Kraftzentralen.

Die für derartige Motoren bestimmten Kolben sollen demgemäß eine möglichst lange Betriebszeit bei absoluter Betriebssicherheit erreichen. Um diese elementaren Forderungen erfüllen zu können, müssen neben der Motorkonstruktion, insbesondere die Kolben für hoch aufgeladene moderne Diesel-

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maschinen, günstige mechanische Eigenschaften, insbesondere im Hinblick auf Festigkeit, Streckgrenze und Bruchdehnung aufweisen.

Zu diesem Zweck ist es bekannt, die mechanischen Eigenschaften bei einem Leichtmetallkolben durch Erzeugung eines Preßgefüges zu verbessern (DT-PS 763 883). Je nach dem Grad der dabei erzielten Verformung wird eine solche Feinkörnigkeit des Gefüges erreicht, daß Festigkeit, Streckgrenze und Bruchdehnung im Vergleich zu einem gegossenen Leichtmetallkolben P erhöht werden. Das Preßgefüge kann entweder durch Schmieden oder Pressen hergestellt werden. Die Notwendigkeit, nach dem Schmieden den einteiligen Preßstempel wieder aus dem fertigen Kolbenrohling entfernen zu können, läßt komplizierte Innenformen des Kolbens nur durch nachträgliches Bearbeiten zu. Aus Gewichts- und Elastizitätsgründen müssen geschmiedete oder gepreßte Leichtmetallkolben ausgefräst und ausgedreht.

Ein gegenüber dem unter Normaldruck gegossenen Leichtmetallkolben, insbesondere feinkörniges Gefüge, kann dadurch erreicht werden, wenn eine auf· ein trichterförmig nach oben ausgebildetes Steigrohr aufgesetzte Kokille mit Leichtmetall- | schmelze gefüllt und die Schmelze solange unter Druck im Steigrohr gelassen wird, bis der Kolben genügend erstarrt ist, während die Schmelze im Steigrohr flüssig bleibt und nach Erstarren des Kolbens infolge Druckentspannung in den Niederdruckgieß of en. zurückfließt. (DT-AS 1 241 566).

Die nach den vorgenannten Verfahren hergestellten Leichtmetallkolben besitzen jedoch nicht das für ^ine optimale Qualität erforderliche homogene mikrolunkerfreie Gefüge.

Die Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zu entwickeln, mit dessen Hilfe Leichtmetallkolben, insbesondre Großkolben, mit homogenem mikrolunkerfreiem Gefüge hergestellt werden können, die gegenüber den nach den be-

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kannten Verfahren hergestellten Leichtmetallkolben eine wesentliche Verbesserung der mechanischen Eigenschaften aufweisen.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe in der Weise gelöst, daß die mit Leichtmetallschmelze aus dem Niederdruckgießofen gefüllte einteilige Kolbenkokille nach einer das Auslaufen der Schmelze aus der Kokille verhindernden ausreichenden Erstarrung der Schmelze im Bereich der durch den Ringraum des Zulaufkanals erzeugten Kühlzone von dem Niederdruckgießofen abgenommen und in den Arbeitsraum einer Preßanlage eingesetzt wird, wo die Leichtmetallschmelze über den Zulaufkanal mit einem konstanten hydrostatischen Druck bis zu ihrer vollständigen Erstarrung beaufschlagt wird.

Der hydrostatische Druck beträgt je nach Art der verwendeten Leichtmetallegierung, der Form des zu gießenden Kolbens usw.

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800 bis 3000 kp/cm , vorzugsweise 1000 bis 2000 kp/cm «

Im allgemeinen wird der hydrostatische Druck in einer Stufe aufgebracht. Falls es jedoch erforderlich sein sollte, ist es auch möglich, den hydrostatischen Druck in mehreren, vorzugsweise 2 Stufen, auf die Leichtmetallschmelze aufzubringen.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus der in den Arbeitsraum einer Preßanlage eingesetzten mit Leichtmetallschmelze gefüllten Kolbenkokille, die über einen durch den Arbeitstisch der Preßanlage hindurchführbaren und in den Zulaufkanal der Kokille einfahrbaren Preßstempel, dessen Durchmesser dem Durchmesser des Zulaufkanals entspricht, druck-■ beaufschlagbar ist.

Wenn die Breite der Erstarrungszone im Zulaufkanal der Kolbenkokille zu groß sein sollte, um vom Preßstempel durchstoßen zu werden, kann die Kokille in diesem Bereich beispielsweise durch eine eingebaute Heizung erhitzt werden.

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Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der Vorrichtung zu dessen Durchführung wird die in der Kolbenkokille befindliche Leichtmetallschmelze so verdichtet, daß ein feinkristal-' lines homogenes, von Mikrolunkern freies Gefüge entsteht, wodurch eine wesentliche Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, insbesondere der Streckgrenze, Festigkeit und Bruchdehnung erzielt wird.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft dargestellt und wird im folgenden näher erläutert:

Es zeigen

Fig. 1 einen vertikalen Schnitt der auf dem Niederdruckgießofen befindlichen Kdlbenkokille.

Fig. 2 einen vertikalen Schnitt der in den Arbeitsraum der Preßanlage eingesetzten Kolbenkokille.

In der auf dem Steigrohr 6 eines Niederdruckgießofens 1 angeordneten einteiligen Kolbenkokille 2 wird der mehrteilige Stahlkern 3 mit der Führungsbüchse 4 unter Bildung der Hohlform 5 des zu gießenden Leichtmetallkolbens eingesetzt. Die Hohlform 5 wird über das Steigrohr 6 durch die Gasdruckbeaufschlagung des Spiegels der Leichtmetallschmelze - bestehend aus einer Aluminium-Kolbenlegierung - im Niederdruckgießofen gefüllt. Unmittelbar nach dem Füllvorgang wird die Leichtmetall schmelze in dem zentral angeordneten Zulaufkanal 7 der Kolbenkokille 2 durch das durch den Ringraum 6 strömende Kühlmittel soweit zum Erstarren gebracht, daß die in der Kolbenkokille 2 enthaltene Leichtmetallschmelze während des Transportes zum Arbeitsraum der- Preßanlage 9 nicht ausfließen kann. Unmittelbar nach der Abnahme der gefüllten Kolbenkokille 2 wird das durch den Ringraum 8 strömende Kühlmittel abgeschaltet, damit sich die erstarrte Schmelze im Zulaufkanal 7 wieder dem schmelzflüssigen Zustand nähern kann, sobald die

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Kolbenkokille 2 in dem Arbeitsraum der Preßanlage 9 eingesetzt wird. Falls die Breite der Erstarrungszone im Zulaufkanal 7 zu groß geworden sein sollte, ist gegebenenfalls ein kurzzeitiges Aufheizen der Kokille im Bereich des Zulaufkanals 7 durch eine um den Zulaufkanal angebrachte Heizung erforderlich.

Im Arbeitsraum der Preßanlage 9 wird die in der Kolbenkokille befindliche Leichtmetallschmelze über einen in den Zulaufkanal 7 einfahrbaren Preßstempel 10, dessen Durchmesser dem Durchmesser des Zulaufkanals entspricht, mit einem konstanten hydrostatischen Druck solange beaufschlagt, bis die Leicntmetallschmelze in der Kolbenkokille 2 vollständig erstarrt ist. Der mehrteilige Stahlkern 3 liegt während des Preßvorganges im Arbeitsraum der Preßanlage 9 an einem im Joch der Presse angeordneten als Widerlager dienenden Druckstempel 11. Nach der vollständigen Erstarrung des Leichtmetalls in der Kokille werden der Druckstempel 11 und der Preßstempel 10 zurückgefahren und die Kokille in die Ausbaustation gebracht, wo nacheinander der mehrteilige Stahlkern sowie die Führungsbüchse 4 nach oben aus der Kokille herausgezogen werden und dann der Leichtmetallkolben mit Hilfe eines besonderen Stempels aus der Kokille ausgedrückt wird.

Patentansprüche

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Claims

PATENTANSPRÜCHE . '

1) Verfahren zur Herstellung gegossener Leichtmetallkolben, vorzugsweise Großkolben, insbesondere für Verbrennungskraftmaschinen, unter Verwendung einer auf das obere Ende des Steigrohres eines Niederdruckgießofens kolbenkronenseitig aufgesetzten, einteiligen Kolbenkokille, in deren kolbenschaftseitigen Öffnung unter Bildung der Hohlform des zu gießenden Kolbens ein mehrteiliger Stahlkern eingesetzt und deren vom Steigrohr zur Hohlform führenden Zulaufkanal für die Leichtmetallschmelze von einem Kühlmittel durchströmbaren Ringraum umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenkokille mit Leichtmetallschmelze gefüllt und nach einer das Auslaufen der Schmelze aus der Kokille verhindernden ausreichenden Erstarrung der Schmelze im Bereich der durch den Ringraum erzeugten Kühlzone des Zulaufkanals von dem Niederdruckgießofen abgenommen und in den Arbeitsraum einer Preßanlage eingesetzt wird, wo die Schmelze bis zu ihrer vollständigen Erstarrung über den Zulaufkanal mit einem konstanten hydrostatischen Druck beaufschlagt wird,

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hydrostatische Druck 800 bis 3000 kp/cm , vorzugsweise 1000 bis 2000 kp/cm², beträgt.

3) Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leichtmetallschmelze in mehreren, vorzugsweise 2 Stufen, mit dem hydrostatischen Druck beaufschlagt wird.

4) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Arbeitsraum einer Preßanlage (9) eingesetzte mit Leichtmetallschmelze gefüllte Kolbenkokille (2) über einen durch den Arbeitstisch der Preßanlage (9) hindurchführbaren in

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den Zulaufkanal (7) der Kolbenkokille (2) einführbaren Preßstempel (10), dessen Durchmesser dem Durchmesser des Zulaufkanals (7) entspricht, druckbeaufschlagbar ist·

5) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß um den Zulaufkanal (7) eine Heizvorrichtung angeordnet ist.

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